The first LADEE laser signal was acquired by ESA’s Optical ground Station, Tenerife, Spain, at 06:36 GMT on 26 October 2013.
Brennfleck: Durch eine Infrarot-Kamera sichtbares Laserlicht

Mondmission beamt Daten per Laser zu ESA-Bodenstation

5 November 2013

Der NASA-Orbiter, der aktuell den Mond umkreist, hat aus einer Entfernung von 400.000 Kilometern Lasersignale an die Bodenstation der ESA auf Teneriffa gesendet. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit war dabei um ein Vielfaches höher als es mit herkömmlichen Radiowellen möglich gewesen wäre. Damit ist ein entscheidender Durchbruch in der Weltraumkommunikation gelungen.

Hohe Datenübertragungsraten

Die NASA-Sonde LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) startete am 7. September und erreichte die Umlaufbahn des Mondes im Oktober. Neben ihrer Aufgabe, Atmosphäre und Staub des Mondes zu erforschen, bekam sie außerdem einen neuen Laserterminal mit auf den Weg.

Dieser neue Ansatz verspricht Datenübertragungsraten , die weitaus höher sind sind als die der traditionellen Radiowellen, die heute von Satelliten und Bodenstationen (einschließlich dem ESA-Funknetz ESTRACK) verwendet werden.

Die ESA-Bodenstation auf den Kanarischen Inseln wurde kürzlich mit einem fortschrittlichen, in Dänemark und der Schweiz entwickelten Laserterminal ausgestattet, der mithilfe von stark fokussierten Strahlen mit der LADEE-Sonde kommunizieren kann.

ESA's Optical Ground Station (OGS) is 2400 m above sea level on the volcanic island of Tenerife.
Die optische Bodenstation der ESA auf Teneriffa

„Die ersten LADEE-Signale kamen am 26. Oktober. Seitdem gab es eine Reihe von Uplinks und Downlinks mit extrem schnellen Laserübertragungen“, sagt Zoran Sodnik, Leiter der ESA-Laserprojekte.

„Wir haben bereits Daten mit einer Übertragungsrate von bis zu 40 Megabits pro Sekunde (Mbit/s) empfangen, das ist um einige Male schneller als die Breitbandverbindungen in herkömmlichen Haushalten.“

Die Kontaktaufnahme mit der Bodenstation auf Teneriffa kam kurz nach dem historischen Meilenstein der LADEE-Sonde am 18. Oktober zustande: der ersten Laserdatenübertragung aus der Mondumlaufbahn zur Erde. Empfangen wurden die Signale von einer NASA-Station im amerikanischen White Sands, New Mexico. Einschließlich des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien überträgt die Sonde ihre Daten somit an insgesamt drei Stationen. 

Wenn es darum geht, riesige Datenmengen von Raumfahrzeugen in den Umlaufbahnen der Erde, des Mondes oder weiter entfernterer Planeten auf die Erde herunterzuladen, könnten Laser auf nahinfraroten Wellenlängen die Kommunikationsmethode der Zukunft sein.

Da Laserkommunikationseinheiten leichter und kleiner sind als die derzeit verwendeten Bordradiosysteme, könnten sie Missionskosten senken und mehr Nutzlast für wissenschaftliche Bordgeräte schaffen.

Interoperable Kommunikation zwischen NASA und ESA

LADEE sendet Signale via Laser

„Die Beteiligung der ESA-Bodenstation auf Teneriffa an diesem NASA-Projekt ist ein bedeutender Meilenstein für diese neue Kommunikationstechnik“, sagt Badri Younes, stellvertretender Leiter des Bereichs Raumfahrt-Kommunikation und -Navigation im NASA-Hauptsitz in Washington, D.C.

„In dieser anfänglichen Phase der optischen Kommunikationsära haben wir gemeinsam bewiesen, wie wertvoll die interoperable Kommunikation zwischen unseren beiden Raumfahrtbehörden ist.“

Praktischer Nutzen von optischer Kommunikation

Nach den ersten zwei Kommunikationsabläufen mit der LADEE-Sonde am 26. Oktober und sechs weiteren in den darauffolgenden drei Tagen arbeitet das ESA-Team in Teneriffa an der Optimierung der Hardware – insbesondere für den Uplink – sowie an der Verbesserung sämtlicher Prozesse.

„Anfänglich gab es ein paar Schwierigkeiten bezüglich der punktgenauen Ausrichtung des Lasers, die für die Laserkommunikation unverzichtbar ist. Diese Probleme werden nun näher untersucht, sind aber zu diesem Zeitpunkt vollkommen normal“, sagt ESA-Mitarbeiter Klaus-Jürgen Schulz, Verantwortlicher für Bodenstationssysteme im Europäischen Satellitenkontrollzentrum in Darmstadt.

„Wir sind bereits jetzt sehr zuversichtlich, dass die Testphase den praktischen Nutzen optischer Kommunikation mit hohen Datenübertragungsraten für zukünftige Missionen bestätigen wird.“

Im Laufe der kommenden Wochen werden ESA-Ingenieure einige Tests mit Uplink-Kommunikationen bei einer Übertragungsrate von 20 Mbit/s durchführen. Dadurch werden sie akkurate Messwerte der Übertragungszeiten festlegen können, mit denen sie den Orbit der Raumsonde kalkulieren werden.

Das Ingenieursteam verwendet für seine Tests eine Spezialausstattung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), mit der es die atmosphärischen Bedingungen während der Datenübertragung überwachen wird, um die Übertragungen in Zukunft weiter optimieren zu können.

Weitere Informationen zum Laser-Kommunikationsprojekt in englischer Sprache.

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